2) 分離膜・水処理材料

高分子を利用した水処理膜は、安全な飲料水の確保が世界的に深刻な問題となっている現代において必要不可欠な技術であり、より高効率に海水淡水化や有害物の除去を行うための新たな膜材料が求められている。 我々は、サブナノ〜ナノメートルレベルの制御された孔径と官能基を持つナノチャネル構造を自己組織的に形成する液晶を活用して、新たな分離膜、水処理膜を開発することを考えた。

これまでに、扇型アンモニウム塩や重合性超分子液晶が自己組織的に形成する双連続キュービック構造の三次元イオンチャンネルやカラムナー相の一次元チャネル、あるいは棒状や双頭型のアンモニウム塩が形成するスメクチック相の二次元チャネルを重合によって固定化し、薄膜化することにより、水処理膜を作製した。膜特性を評価したところ、ナノろ過膜レベルの水透過性、塩除去特性に加え、特異なイオン除去選択性や、高いウイルス除去能を示した。液晶構造を反映したイオンチャネル構造や欠陥の少ない緻密膜であることが、これらの特性に繋がっていると考えられる。
(本研究は東レ株式会社 辺見昌弘理事ら、東京大学工学部 片山浩之教授ら、産業技術総合研究所 灘浩樹博士、東京大学物性研究所 原田慈久教授ら、兵庫県立大学 鷲津仁志教授・石井良樹特任講師などとの共同研究である)








代表的関連文献

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    Y. Ishii, N. Matubayasi, G. Watanabe, T. Kato, and H. Washizu
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  2. Gemini Thermotropic Smectic Liquid Crystals for Two-Dimensional Nanostructured Water-Treatment Membranes
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  3. Ion Selectivity of Water Molecules in Subnanoporous Liquid-Crystalline Water-Treatment Membranes: A Structural Study of Hydrogen Bonding
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  4. Development of Functional Nanoporous Membranes Based on Photocleavable Columnar Liquid Crystals - Selective Adsorption of Ionic Dyes
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  6. Transport Mechanisms of Water Molecules and Ions in Sub-nano Channels of Nanostructured Water Treatment Liquid-Crystalline Membranes: A Molecular Dynamics Simulation Study
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  7. Polymerizable Photocleavable Columnar Liquid Crystals for Nanoporous Water Treatment Membranes
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  8. Nanostructured Virus Filtration Membranes Based on Two-Component Columnar Liquid Crystals
    K. Hamaguchi, D. Kuo, M. Liu, T. Sakamoto, M. Yoshio, H. Katayama, and T. Kato
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  9. Development of Nanostructured Water Treatment Membranes Based on Thermotropic Liquid Crystals: Molecular Design of Sub-Nanoporous Materials
    T. Sakamoto, T. Ogawa, H. Nada, K. Nakatsuji, M. Mitani, B. Soberats, K. Kawata, M. Yoshio, H. Tomioka, T. Sasaki, M. Kimura, M. Henmi, and T. Kato
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    研究紹介動画
  10. Highly Efficient Virus Rejection with Self-Organized Membranes Based on a Crosslinked Bicontinuous Cubic Liquid Crystal
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    Adv. Healthcare Mater., 6, 1700252(2017).
  11. Self-Organized Liquid-Crystalline Nanostructured Membranes for Water Treatment: Selective Permeation of Ions
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